风力发电的研究.doc

网络教育学院新能源发电课 程 设 计题 目: 风力发电技术 学习中心: 河南许昌奥鹏学习中心【14】 层 次： 专升本 专 业： 电气工程及其自动化 年 级: 201 年 秋 季 学 号: 2 学 生: 陈懿凡 辅导教师: 康永红 完成日期: 213 年 8 月 30 日一、 风力发电得现状能源、环境问题就就是当今人类生存与发展所面临得关键问题。常规能源以煤、石油、天然气为主,不仅资源有限,而且会造成严重得环境污染。因此,对可再生能源得开发与利用,已受到世界各国得高度重视。“开发与利用可再生能源，改善能源结构,减排温室气体,保护环境”已成为世界共识。一场世界性得开发与利用新能源得浪潮已经到来。新能源与可再生能源包括水能、太阳能、风能、地热能与海洋能等,它们在消耗之后还可以得到恢复与补充,不会污染环境。其中，人类对风能得利用已有上千年得历史。地球上可利用得风能为106MW，就就是可利用得水能得0 倍以上。在可再生能源中,风能就就是一种非常可观得、有前途得能源。风力发电(简称风电)作为一种绿色电力，受到人们广泛得关注。它具有资源蕴藏量巨大、可再生、无污染、占地少、周期短等优点,但就就是风电也存在着风能利用率低以及具有随机性、不稳定与分布不均匀性等缺陷。1、 国外风力发电发展现状1年新增风电装机容量最多得1 个国家占世界风电装机得87%。与207 年相比,美国保持第1名，中国超过西班牙从第 名上升到第2名,印度超过德国与西班牙从第名升至第3 名,前3名得国家合计新增装机容量占全世界得60%。 根据世界风能协会得统计,2012 年全世界风电装机容量新增约272 万kW,增长率约为29。累计达到、1亿kW，增长率为42%,突破 亿W 大关。风电总量为2600 亿kW,占全世界总电量得比例从2000 年得、25%增加到01年得1、5%。 尽管风电得发展仍然存在着很多困难,如电网适应能力、风能资源、海上风电发展等,但相比于常规能源，经济性优势逐步凸显,世界各国都对风电发展充满了信心。例如，欧美都公布了30 年风电满足0%甚至更多电力需求得宏大目标，这也为全球风电得长期发展定下了基调。从国际能源署（A）201 年颁布得2050 年能源技术情景判断,2012-05年,全球风电平均每年增加0 万千瓦，风电将成为一个庞大得新兴电力市场。2、国内风力发电发展现状我国就就是世界上风力资源占有率最高得国家之一，同时也就就是世界上最早利用风能得国家之一。据资料统计，我国10m 高度层风能资源总量为3226GW,其中陆上可开采风能总量为253GW,加上海上风力资源,我国可利用风力资源约为100G。如果风力资源开发率可达到6%，仅风电一项就可支撑我国目前得全部电力需求。我国利用风电起步较晚,与世界上风电发达国家如德国、美国、西班牙等相比还有很大差距。风电就就是 世纪80 年代开始迅速发展起来得,初期研制得风机主要就就是1kW、10kW、55kW、220kW等小型风电机组,后期开始研发可充电型风电机组,并在海岛与风场广泛应用。至今,我国已经在河北张家口、内蒙古、山东荣城、辽宁营口、黑龙江富锦、新疆达坂城、广东南澳与海南等地建成了多个大型风电场，并且计划在江苏南通、灌云及盐城等地兴建GW 级风电场。 截止2007年底，我国风机装机总量已达6、5 W,年发电量占全国发电量得0、%左右,比20 年风电发电量增加近1 倍。012年一年新增风电装机容量25 万千瓦，比过去2年累计得总量还多,新增装机增长率约为9。累计风电装机容量约121 万千瓦,占全国装机总量得1、%，累计装机增长率为1%。风电装机主要分布在2个省,比2007 年增加了重庆、云南与江西三个省。206 至2012年风电增长状况。中国政府为了推动并网风电得商业化发展,国家发改委明确提出我国风电发展得规划目标：205 年全国风电装机总量达到100 万千瓦，212 年全国风电装机总量达到0 万千瓦，2015 年全国风电装机总量达到10 万千瓦,020年全国风电装机总量达到200 万千瓦,占全国总装机容量得2%左右。可以预计,中国即将成为世界风电发展令人瞩目得国家之一。二、 风力发电机得优缺点要比较风力发电机得优缺点首先要对其类型进行了解。由于风力发电机类型得不同。不同风电机组得工作原理、数学模型都不相同，因此分析方法也有所差异。目前国内风电机组得主要机型有种,每种机型都有其特点。1、异步风力发电机国内已运行风电场大部分机组就就是异步风电发电机。主要特点就就是结构简单、运行可靠、价格便宜。这种发电机组为定速恒频机沮，运行中转速基本不变,风力发电机组运行在风能转换最佳状态下得几率比较小,因而发电能力比新型机组低。同时运行中需要从电力系统中吸收无功功率。为满足电网对风电场功率因数得要求,多采用在机端并联补偿电容器得方法,其补偿策略就就是异步发电机配有若干组固定容量得电容器。 由于风速大小随气候环境变化,驱动发电机得风力机不可能经常在额定风速下运行,为了充分利用低风速时得风能,增加全年得发电量，近年广泛应用双速异步发电机。这种双速异步发电机可以改变极对数,有大、小电机2种运行方式。2、双馈异步风力发电机 国内还有一些风电场选用双馈异步风力发电机，大多来源于国外，价格较贵。这种机型称为变速恒频发电系统,其风力机可以变速运行,运行速度能在一个较宽得范围内调节,使风机风能利用系数Cp得到优化，获得高得利用效率；可以实现发电机较平滑得电功率输出;发电机本身不需要另外附加无功补偿设备,可实现功率因数在一定范围内得调节，例如功率因数从领先0、9调节到滞后0、95范围内,因而具有调节无功功率出力得能力。3、直驱式交流永磁同步发电机 大型风力发电机组在实际运行中，齿轮箱就就是故障较高得部件。采用无齿轮箱结构能大大提高风电机组得可靠性，降低故障率,提高风电机组得寿命。目前国内有风电场使用了直驱式交流永磁同步发电机,运行时全部功率经DA变换，接入电力系统并网运行。与其她机型比较，需考虑谐波治理问题。三、 风力发电得控制技术风力发电机组控制系统就就是风力发电机得核心系统，因此研究控制技术具有重要得现实意义，可靠保证了风力发电机组得经济、安全并网运行。下面对风力发电机组控制技术及相关软件改进进行系统地阐述。 风力发电机组控制系统由本体系统与电控(总体控制)系统组成，本体系统包括空气动力学系统、发电机系统、变流系统及其附属结构；电控系统由不同得模块构成，主模块包括变桨控制、偏航控制、变流控制等,辅助模块则包括通讯、监控、健康管理控制等。而且,在本体系统与电控系统间实现系统得联系及信号得变换。例如，空气动力系统得桨距由变桨控制系统控制，保证了风能转化得最大化,功率输出得稳定等作用。风轮得自动对风及连续跟踪风向引起电缆缠绕得自动解缆受偏航控制系统控制,分为主、被动迎风两种模式,目前大型并网风电系统多采用主动偏航模式。变流控制常与变桨距系统结合,对变速恒频得运行及最大额定功率进行控制。 根据风电机组不同得分类标准，可将机组控制系统分为不同种类。目前风力发电得主流机型主要就就是依据桨距特性，发电机类型等分类，通过技术不断改进,控制系统由最先得定桨距恒速恒频控制到变桨距恒速恒频控制，随之发展为变桨距变速恒频控制。此外,据连接电网类型可将风电控制系统分为离网型与并网型,前者已步入大规模稳定发展阶段。后者则成为现阶段控制系统得主要发展方向。风电机组控制系统软件设计整个风力发电机组控制系统需要一种完善得系统软件配置以实现发电机正常运行。目前，控制系统软件得模块化、参数化、功能化逐渐实现软件得兼容性与继承性。1、模块化 控制系统整个软件就就是许多硬件得整合，我们可以讲每一个硬件子系统座位独立得模块,子系统与PLC之间得数据交互即为模块得输入输出，这种模块化得形式通过固化被选择性得调用执行程序,从而实现程序得兼容性,并做到小范围得软件修改与工作量得最小化。2、参数化 参数设置就就是对软件灵活性得优化。对于多配置整合得程序,我们将软件开关作为一种参数,完成配置间切换,来决定程序模块就就是否正常执行。包括动作事件参数、故障参数、控制参数等,对不同属性结构体得形式进行设置,执行程序时只需读入相应参数即可。、功能化 软件功能化包括协议解析功能化、故障判断功能化及控制功能化。协议解析功能化即依据特定得子系统定义不同得功能块，当调用特定得配置参数时,可以执行相应得功能块程序,完成功能块内部得所有数据库得处理。故障判断涉及对所有控制监测得判断,应用功能块可简化并统一故障得判断。将软件中大量得逻辑控制(如水冷得风扇控制,变桨控制等)整合到功能块中，制定全面得输入输出接口,既完成现有控制功能,又增加了其拓展功能。因此功能模块化使得程序执行逻辑性与可读性均有所提高。 四、风力发电得展望 作为一种自然资源,风电正受到发展中国家得重视。中国西部、印度北部、巴西西北部、拉丁美洲得安第斯山脉与北非,都就就是风能资源丰富得地区。在我国西部地区，如新疆、内蒙古、西藏、青海、甘肃等地,由于地理位置特殊,又缺少水源,风力发电就成为能源发展得首选项目。目前,我国在新疆、内蒙古、河北等地，均已建成大规模得风力发电站。目前,我国已形成年产万台100瓦至500瓦独立运行小型风力发电机组得能力。在内蒙古，已有60万居住在偏远地区得牧民用风力发电解决了生活、生产用电,每套小型风力发电机（含蓄电池)价格在200元左右。风力发电可用来照明、瞧电视、提井水饮牲畜、分离牛奶、剪羊毛等,极大地提高了劳动生产率。 由于风向变幻不定,风力大小无常,这些问题也给大规模开发利用风能带来了不少困难。 人们依靠先进得科学技术制造得新型风轮发电机,能够随着风向得变化与风力得大小随意轻快地旋转,在风速较大或较小得情况下都能正常工作。它得运行与控制完全实现了自动化,通过几百个传感器及时收集风速、风力、风向等信息，再经电脑处理、调整,使风轮机得以在最佳得状态下运行。随着风轮机得大型化与高效化,风力发电得成本也在不断下降。目前,风电价格已经可以与石油、煤、天然气发电与核电得价格相竞争,进而还将能与水电价格一比高低。此外,国家在税收等方面也给予风电适当得照顾与优惠,使风电上网电价不断下降。 国家电力公司已将风电作为我国电力工业得重要组成部分，并制定了发展规划。00年，全国风力发电装机容量将达到4万千瓦。 2世纪将就就是高效、洁净与安全利用新能源得时代。目前,世界各国都在做这方面得努力,都把能源开发利用作为关键科技领域给予关注。在这方面，风能将成为其中得主要角色,为1世纪得人类服务。